双组分阴极电泳漆是20世纪70年代发展起来的防腐蚀涂料,它具有比阳极电泳漆的防腐蚀性高、涂料利用率高、涂装自动化程度高等优点,广泛应用于汽车底漆涂装线。随着中国加入世界贸易组织,国内汽车行业的蓬勃发展,对阴极电泳漆的需求量逐年增加,同时要求也在提高,双组分阴极电泳漆凭着操作简单,电泳漆槽液涂装线管理方便,涂膜外观好,泳透力高,沉积过程中涂料的破损降低等优点,已逐步取代单组分阴极电泳漆,受到市场欢迎。双组分阴极电泳漆分为乳液和色浆两部分,两者按一定比例混合,加入适量的水,配制成槽液,熟化后即可使用。
    1实验部分
    1.1原料
    环氧树脂:环氧当量550～600;二乙醇胺(DEA):工业级;聚酰胺树脂:进口,工业级;甲苯二异氰酸酯(TDI):进口,工业级;三羟甲基丙烷(TMP)、丁基溶纤剂、乙酸(36%)、正丁醇、异丙醇、膨润土:均为工业级;二氧化钛:金红石型,进口;高岭土:进口;炭黑:水性软质;分散剂104H:固体分75%;分散剂DA-325:固体分100%;去离子水:自制。
    1.2实验方法
    1.2.1阴极树脂的合成
    双组份阴极电泳漆阴极树脂体系用环氧树脂、DEA、聚酰胺树脂、交联剂(TMP封闭TDI的聚合物)、丁基溶纤剂和乙酸等原材料合成。阴极树脂基本配方见表1。

表 1 阴极树脂基本配方

    工艺流程:向反应瓶中加入环氧树脂和部分助溶剂,升温至110℃,环氧树脂完全熔融后开动搅拌,加入二乙醇胺后110℃保温0.5h后,加入聚酰胺树脂和交联剂后,升温至115℃保持2～4h,降温加入剩余的助溶剂,加入中和剂,直至酸值合格为止。
1.2.2乳液的合成
    用上述合成树脂(固体分为70%)与去离子水用乳化机乳化制成固体分为35%的树脂乳液待用。
    1.2.3颜料浆的制备
    双组分阴极电泳漆用颜料浆用上述合成的树脂、二氧化钛、高岭土、炭黑、助剂、助溶剂等原料经砂磨机研磨。经大量实验比较,调整颜基比、分散剂、防沉淀剂的用量,制得两种双组分阴极电泳漆用颜料浆,配方见表2和表3。
    颜料浆制备工艺:用高速分散机分散中和剂、树脂30min,搅拌状态下依次加入颜料、填料、助剂、助溶剂,搅拌分散30min,再用砂磨机研磨3～5h,至细度<15μm,颜料浆研磨完成待用。

表 2 双组分阴极电泳漆黑颜料浆基本配方

表 3 双组分阴极电泳漆灰颜料浆基本配方

    1.3电泳漆槽液的配制
    以1L槽液为例,将上述颜料浆与乳液按混合比1∶3配制固体分为19%的槽液,待槽液熟化后泳板并对槽液进行技术指标检测。
    2检测槽液及其泳板情况
    2.1检测槽液技术指标
    将槽液在搅拌的状态下熟化48h,检测双组分阴极电泳漆黑/灰槽液技术指标,结果见表4。

表 4 双组分阴极电泳漆黑 / 灰槽液技术指标

2.2泳板情况

    双组分阴极电泳漆黑槽液及灰槽液泳板情况见表5。
    从表5可知,电泳膜厚随电泳电压的增高而增厚。

表 5 双组分阴极电泳漆泳板情况

    2.3颜料浆、乳液及槽液的稳定性
    (1)将颜料浆静置1个月后,均匀、轻微沉淀易搅起,沉淀稳定性合格。
    (2)将乳液静置1个月后,无分层、无沉淀、酸值无变化、稳定性合格。
    (3)槽液的稳定性考察。双组分阴极电泳漆槽液在熟化48h后,检测的技术指标及其泳板情况如上所述,以后每隔2d对槽液进行一次技术指标检测及其泳板情况,板面情况良好,均符合技术指标标准,然后将上述槽液静置15d后,槽液有软沉淀、易搅起,则槽液的稳定性合格。
    2.4物理性能检测
    用电泳好的样板(黑板膜厚26μm、灰板膜厚28μm左右)进行物理性能检测,结果如表6。

表 6 涂膜物理性能检测结果

    3分析与讨论
    3.1颜料的选择
    炭黑为疏水性无机颜料,经表面活性剂处理后变成亲水性,用于水性涂料。二氧化钛是经过处理后的金红石型产品,可减轻粉化程度,提高耐候性。高岭土选取吸油量适中的,使得光泽适中,并可防止颜料沉降。
    3.2助剂的选择
    使用分散剂、防沉剂后可改善色浆的流动性,提高色浆贮存稳定性,提高涂膜的物化性能。
    分散剂吸附在颜料的表面上产生电荷斥力空间位阻,防止颜料产生有害絮凝,使分散体系处于稳定状态,一般相对分子质量较大。分散剂大部分是表面活性剂,一般总是由极性的、亲油的碳氢链部分和极性的、亲水基团,两部分处在分子的两端,形成不对称的、亲油、亲水分子结构。分散剂的性质是由非对称的分子结构所决定的。大多数溶于水的分散剂,在水中的溶解度及其效率,随着疏水基炭链的增长而急速地降低。
    常用的防沉剂有膨润土和气相二氧化硅,都是触变剂,可增加涂料黏度,提高涂料的稳定性,防止颜料沉降,实验表明两种原料的防沉效果差不多,但考虑价格成本因素,本实验选择了膨润土。
3.3助溶剂的选择
    尽量选取高沸点的助溶剂,可提高涂料的流平性。
    3.4合成树脂分析
    合成树脂时所用的交联剂为三羟甲基丙烷(TMP)封闭甲苯二异氰酸酯(TDI)所制成的聚合物,用芳香族异氰酸酯合成的树脂制成的涂料烘烤后易泛黄,但通过实验比较得知用TMP封闭TDI的阴极电泳涂料制成的电泳样板烘烤后的漆膜板黄变性要比用聚醚多元醇封闭TDI的黄变性小;另外合成树脂时最后的中和剂加量一定要适中,因为pH值是影响槽液稳定、涂膜外观的重要参数,阴极电泳漆的改性环氧树脂本身并不溶于水,是通过中和剂中和后,在其碳链结构中形成亲水基团后,才能很好地分散于水中。大量实验表明,pH值最好控制在5.5～6.0,pH值过低,则易造成对设备酸性腐蚀加重,涂膜反溶现象加重,电解反应剧烈,涂膜外观易有缩孔等弊病;pH值过高时,树脂水溶性差,树脂与水亲和形成胶体,增加空间位阻的能力下降,涂膜外观呈海绵状、发皱、粗糙等,这是因为中和不够,使树脂液部分凝结,槽液粒子泳动效果下降,电渗差等原因造成的。电导率也是十分重要的参数,电导率过低,槽液不稳定、电渗差、涂膜薄、外观粗糙;电导率过高,槽液稳定性下降,涂膜外观粗糙。日常使用时,应定期向槽液补加一定量的溶剂,来保证槽液的稳定性,溶剂量过低时,涂膜较薄,易产生针孔,溶剂量过高时,涂膜过厚,易出现橘皮、流痕。
    4双组分阴极电泳漆的优点
    (1)高泳透性
    双组分阴极电泳漆泳透力高、边角覆盖效果好、防腐蚀性优异、且无铅无锡。
    (2)槽液稳定性佳
    双组分阴极电泳漆采用了高沸点、低挥发性的溶剂系统既降低了溶剂含量,提高了涂膜的展平性及膜厚的均匀性,也使槽液稳定性大大提高。
    (3)加热减量低
    双组分阴极电泳漆涂膜烘烤时涂膜失质量减量低于6%,一般阴极电泳漆加热减量大于10%。因此减少了烘烤时烟的产生量,降低了废气处理的费用。
    (4)耐候性较好
    异氰酸酯固化剂为高密度交联体系,它的使用使双组分阴极电泳漆具备一定的耐侯性,因此适用于涂装汽车车架及要求底面合一的零部件。
    (5)补加漆方便
    双组分阴极电泳漆可以直接槽上加漆,无需搅漆罐,施工方便,利于操作,降低了工人的劳动强度。
    5结语
    以上各项数据表明,实验已达到了设计之初的要求,各项技术指标以及性能也已达到较高的标准,并且该双组分阴极电泳漆改善了阴极电泳漆烘烤时变黄的现象。满足不同用户对不同档次涂料品种的需求,其价位低于进口双组分阴极电泳漆,而性能接近国外双组分阴极电泳漆的水平,性价比良好。